JP2021067658A - 物理量センサー信号で稼働時間を計測する計測記録装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物理量センサーとの接続のみで、物理量センサーに係る動力の稼働時間を計測することができる計測記録装置を提供する。【解決手段】計測記録装置１の計測手段１０は、設備２の動力装置２２の動作により変動する物理量を計測する物理量センサー２１からの電気信号に基づいて計測を行い、計測データを記録手段１１に記憶格納する。稼働時間計測手段１２は、計測手段１０で得られる電気信号の開始から終了までの時間を計時し、稼働時間記録手段１４へ記憶格納する。計測の終了は、電気信号のゼロ状態がパラメータ設定手段１３にて設定された判定時間を継続した場合に停止と判断する。得られた稼働時間からこの判定時間を差し引いて正規の稼働時間を算出する。計測データおよび稼働時間データは、総合計、年報、月報、週報、日報、時報への一定期間データとして記録される。【選択図】図１

Description

本発明は、電力量計、液体流量計、気体流量計を代表する物理量計測センサーの電気信号を計測記録装置へ接続することのみで、センサーに付帯する動力ポンプ、動力装置、照明機器、ボイラー等の稼働時間を計測する事が可能となる装置に関する。

計測記録装置とは、各種センサーからの電気信号やスイッチリレー等と接続し、センサーが計測した物理量や、スイッチ入力による稼働時間やイベント発生状況などを記録するための装置である。複数の電気信号を１台にまとめて入力でき、設備を管理する上での、設備の運転状況やデータ記録として使用される。

また、計測記録装置では、信号出力機能や通報出力機能を設けているものもあり、計測データに何らかの異常や閾値を超えた場合などに、信号や警報を出力することにより、管理者へ知らせるといった、監視機能を設けているものもある。

従来の計測記録装置はペン記録によるものや印字記録するものが主流であったが、昨今では、ペーパーレス化が進んでおり、記憶媒体へのメモリ記憶や、インターネット網やＬＰＷＡを代表する低消費電力広域通信網を利用し、遠隔のコンピュータなどへデータ通信可能なものもある。

一般的に、機器の稼働時間を計測するため、タイムカウンターといった装置が使用される。タイムカウンターは接点入力や電圧入力などの動力のオンオフのスイッチを入力することにより、入力がオンとなっている時間を計時していき、表示盤に計時時間を表示するものである。この場合、管理者は設置場所まで行き、目視にて稼働時間を確認する必要がある。

ＣＰＵで制御している装置では、ソフトウェアにて、自らの稼働中に稼働時間を計時する処理を内蔵するといった方式も取られる。

計測記録装置は、前述の通り稼働時間を計時する機能が付いているものもある。これは前述のスイッチ入力によりＣＰＵ内部のクロックやＲＴＣクロックを利用し、稼働時間を計時する。

また、設備の故障やエラー等のイベント発生状況を記録するものでは、エラー及び故障発生検出回路からのオンオフ信号を計測記録装置へ入力して、それらの発生時間や解除時間を記録する。

計測記録装置と前述のタイムカウンターとの違いは、処理能力やメモリ容量が大きいこと、また、電源が切断されてもバックアップされるＲＴＣ（リアルタイムクロック）を搭載しており、カレンダー時間管理が容易となっている。

これら機能により、計測記録装置は計測データや稼働時間を印字やメモリ保存等で記録し、トータル量だけでなく、日報、月報などの所定時間あたりのデータや稼働状況を記録するのに対し、タイムカウンターは計時した時間の累積量を表示盤に表示するのみとなっている。

給水設備や排水設備等では、低位から高位へ水を揚げる場合に、電動ポンプで揚水を行う。主に大型ビルでは、地下にビルピットといった排水槽を設け、そこで下水を撹拌し、排水槽内の上昇に伴い下水本管へ揚水する。これは、利用者が一気に水を排水した場合に下水本管が溢れてしまうことを考慮し、一旦各ビルで排水を貯水し固形物等を一定の大きさに粉砕してから本管へ流すといった処理を行っている。

排水槽の場合、揚水のために使用する電動ポンプは、通常２台設置されており、通常は交互に運転させ、槽内の水位が著しく高位になった時に２台同時に稼働させるといった処理を行っている。また、１台が故障しても、もう１台で稼働させるといった、安全性を考慮した構造となっている。

給水設備に於いては、水道の本管から各建物へ低層階へは直接配管し、高層階へは一旦屋上などに設置した高架水槽へ電動ポンプにて揚水し、階下へ給水を行うといった方式が取られる。

給水に於いては、計量法により水道メータの設置が義務付けられており、定期的に水道事業者がメータ検針を行うといったことが行われている。排水量を計測する場合、一般的に、電磁流量計という電磁誘導を利用した流量計が使用される。これは、羽根車式流量計の場合、汚水の固形物等で詰まり、羽根車が回転しなくなり、流量計の故障に繋がるためである。

前述の通り、給排水設備において電動ポンプは重要な設備の一つとなっている。この電動ポンプは稼働とともに劣化し、７〜１０年が耐用年数となっている。早い場合は５年程度で故障する場合もある。この差異は稼働状況によるものである。

電動ポンプが故障すると、給水の場合は断水に、排水の場合は浸水といった事故に繋がることになる。

前述の通り、給水では計量法により、給水量の計測が義務付けられているが、排水に至っては、義務付けはされていない。これは、基本的には給水と同等の量を排水量として考え、下水料金として徴収するためである。

しかし、製造業等で給水量と排水量が伴わないような場合は、排水量を計測し、個別に下水道料金を決定する場合もある。

また、近年、温暖化による気候変動の激化により、自然災害などによる河川の氾濫や下水の浸水被害が深刻となっているが、このような状況の対策として排水量を計測することにより、排水の傾向や設備に必要な処理能力を事前に調査するといったことが行われている。

電力を使用する設備において代表的なものに室内の電灯や暖房、空調設備があるが、これらも稼働時間が増えるにつれ、故障率が高まる。特に寒冷地では暖房設備が重要であるため、暖房機の故障は死活問題となる。

ガスに於いても、やはり寒冷地にて重要な役割となる。寒冷地での集合住宅などでは、共同のＬＰガスなどを利用し、各居室の暖房機の燃料としているところもあり、これもまた、暖房機が故障すると死活問題となる。

発明が解決しようとする課題

前述した、既存のタイムカウンターは、スイッチのオンオフによりその稼働時間を計時する仕組みであるため、前述の電動ポンプの場合、電動ポンプのオンオフを司る制御部に取り付ける必要がある。

つまり、電動ポンプの稼働時間を確認する場合は、電動ポンプの制御盤へ配線をする必要がある。しかし、前述の排水量を計測するために排水用の配管に電磁流量計を挿入し計測記録装置を設置する場合、電動ポンプ制御盤と離れている場所では、配線が困難となる問題がある。また、別途にタイムカウンターを制御盤に設置した場合、計測記録装置の計測値との連携が取れないため、稼働効率の算出など、計測記録装置を設置した利便性を享受できないということになる。

電力の場合、基本的には各装置のスイッチは各部屋内にある。これらの稼働時間を計りたい場合、各部屋のスイッチと接続しなければならないため、複数箇所となる場合、配線作業が甚大となる。また、個別にタイムカウンターを設置したとしても、各部屋のタイムカウンターを確認する必要があり、利便性に欠ける。

課題を解決するための手段

本発明は、上述のような事情から成されたものであり、本発明の目的は、物理量の推移を計測するセンサーと、当該物理量の推移変動に係る動力装置があるとき、当該センサーからの電気信号に基づいて、当該物理量の計測データの総量、年間量、月間量、週間量、日間量、１時間量及び、指定された時間間隔での量を計測する計測手段を備え、前記計測データを記憶格納する記録手段を備えた計測記録装置に於いて、前記計測記録装置が、稼働停止状態から、前記センサーからの電気信号のゼロ状態を上回った時点を稼働開始時間として記録し、稼働運転状態とし、当該電気信号の物理量がゼロ状態へ推移されてから、停止判定時間を継続してゼロ状態となっている場合に、前記稼働停止状態とし、停止時間を記録し、前記停止時間から前記停止判定時間を差し引いた時間を稼働終了時間として記録し、前記稼働開始時間から前記稼働終了時間までの時間を稼働単位時間として記録し、当該稼働単位時間を総合計時間、年間あたり合計時間、月間あたり合計時間、週間あたり合計時間、日間あたり合計時間、１時間あたり合計時間及び、前記指定された時間間隔あたりの合計時間へそれぞれ加算する稼働時間計測手段と、前記稼働時間計測手段にて計測した合計時間を記憶格納する、稼働時間記録手段と、前記指定された時間間隔、前記ゼロ状態を設定できるパラメータ設定手段とを備えたことを特徴とする、物理量センサー信号で稼働時間を計測する計測記録装置を備えたことにより達成される。

また、本発明の上記目的は、更に、前記稼働時間記録手段が、前記稼働開始時間と前記稼働終了時間を、時系列に連続して記憶することを備えることにより、より効果的に達成される。

発明の効果

本発明によれば、流量計または電力計またはガス質量計などの物理量計測センサーが、当該物理量変動に係る装置や動力があるときに、センサーの電気信号を計測記録装置に接続するのみで、計測した物理量データだけでなく、係る装置や動力となる電動ポンプや電力供給先機器等の稼働時間を計測することができる。

また、接続する環境によるが、特に流量と電動ポンプでは、一定期間内の計測量と稼働時間から、電動ポンプの稼働効率を算出することが可能となり、より正確に電動ポンプの交換時期を把握することが可能となる。

また、稼働時間のみならず、稼働状態も計測し、１日や１ヶ月、１年間の稼働状況として記録可能なため、機器や設備の稼働状況を把握する上でも有用となる。

本発明に係る計測記録装置の全体構成の一例を示すブロック図である。 本発明に係る計測記録装置の稼働時間計時動作の一例を示す図である。 本発明に係る計測データと稼働時間データから稼働効率を算出した場合の年間推移グラフの一例を示す図である。

本発明に係る、物理量センサー信号で稼働時間を計測する計測記録装置とは、マイコン、ＲＡＭ、ＲＯＭ、リアルタイムクロック（ＲＴＣ）、Ｉ／Ｏ、不揮発メモリ、表示器、操作Ｉ／Ｆ等で構成される装置である。計測データ、稼働時間、稼働状況、パラメータ等の処理データは主に不揮発メモリに記憶保管される。

本発明の計測記録装置は、電力、液体、気体などの量を計測する物理センサーによる物理量も計測しつつ、当該センサーに係る動力装置の稼働時間も計測するものである。以下、本発明に係る、物理量センサー信号で稼働時間を計測する計測記録装置を単に、計測記録装置といい、計測記録装置と接続する物理量センサーを単にセンサーという。

物理量を計測するセンサーとは、液体や気体の場合は主に流量計となり、羽根車式流量計、電磁流量計、渦流量計、超音波流量計、コリオリ式質量流量計などがある。

電力量の場合は、電力量計（電力メーター）、スマートメーター、架線電流計（クランプメーター）などがある。

計測手段とは、計測記録装置が流量計や電力計や質量流量計などの物理量を計測するセンサーからのパルス信号やアナログ信号の電気信号を受信し、センサー対象となる液体量や電力量やガス量を計測することである。

総量、年間量、月間量、週間量、日間量、時間量、指定時間間隔量は、それぞれ独立したメモリカウンターを持ち、各量はセンサーの電気信号に基づき積算計数していく。

前述のパルス信号の場合は、センサーに合わせ１パルス入力あたりの単位量を指定しておき、１パルス入力ごとに、その単位量を積算計数していく。

前述のアナログ信号の場合は、センサーに合わせアナログ入力レベルに対応した計測範囲を設定しておき、入力されたアナログ信号を瞬時値としてスケール変換し、計測サンプリングしていき、サンプリング毎に前記瞬時値をサンプリング回数で微分した値を積算していくことにより実量の積算計数を行う。

計測データの総量とは、計測記録装置とセンサーを接続し始めてから現在までの量を指し、年間量とは計測データの３６５日乃至３６６日の量となり、月間量とは計測データの２８日間乃至３１日間の量となり、週間量は計測データの７日間の量となり、日間量は計測データの２４時間の量となり、１時間量は計測データの６０分間の量となる。

指定された時間間隔での量とは、後述するパラメータ設定にて設定されている指定時間間隔のことで、これは１分間乃至１年間の間隔となる。これは、管理者の都合で期間を変更できるようにしているものである。例えば５日間と指定すると、５日間ごとの計測データを得る事が可能となる。

記録手段とは、前記計測手段により計測されたデータを、内部不揮発メモリへ記憶格納することである。記録手段により記憶されたデータは、外部メモリ媒体への保存、印字出力、外部機器への通信処理などに使用される。

年間量は１年更新時に、月間量は月更新時に、週間量は７日経過ごとに、日間量は２４時間経過ごとに、１時間量は６０分経過ごとに、指定時間間隔あたり量は指定時間経過ごとに、前述の記録手段により個別に記録され、記録と同時に対応するメモリカウンターの値はゼロリセットされる。

稼働停止状態というのは、前述の物理量センサーに係る動力が停止している状態を指す。ここでいう動力とは、流量計やガス流量計の場合は動力ポンプであり、電力計の場合は接続されている電気設備のことである。

計測記録装置が最初にセンサーと接続された場合は、一旦は稼働停止状態と認識する。その後、センサーの電気信号がゼロ状態を上回った場合に稼働運転状態へと変遷する。

電気信号のゼロ状態とは、センサーで計測している対象の物理量が推移していない状態を指す。流量であれば、流体や気体が流れていない状態となり、電力量であれば、対象電力が消費していない状態である。

ゼロ状態は、パルス信号であればパルスが入力されていない状態となり、アナログ信号であれば、後述のパラメータ設定にて設定されているアナログレベル以下となっている状態となる。

ゼロ状態を上回ったとは、前述のパルス信号であればパルスが入力された状態を指し、アナログ信号であれば、後述のパラメータ設定にて設定されているアナログレベルを上回った状態をいう。

稼働停止状態から、センサーの電気信号がゼロ状態を上回った時点の時間を稼働開始時間として記憶し、稼働状態を稼働運転状態と変遷する。

センサーの電気信号がゼロ状態を上回り、稼働運転状態となると、その時点のＲＴＣの日付時刻を記録し、センサーに付帯する動力の稼働時間として計時を開始する。計時する時間はＣＰＵのクロックを基準としたものや、ＲＴＣクロックを基準とした、通常の秒時間へと変換された値となる。

稼働時間の計測は、タイムスタンプとしてＲＴＣの日付時刻を記録するだけでも良いが、途中でカレンダーを変更された場合等を考慮し、１秒ずつ計時する方が良い。

停止認識時間とは、後述するパラメータ設定にて設定されている、任意に設定された時間のことで、稼働運転状態にてセンサーの電気信号がゼロ状態となっている状態が、停止認識時間継続していることにより、センサーに付帯する動力の稼働時間の計時を停止し、稼働状態を稼働停止状態へと変遷し、その時点のＲＴＣの日付時刻を停止時間として記録する。

この停止認識時間は、対象となる設備の動作状況により決定する。例えば流量でのパルス信号の場合、最小流量は設置されている流量計の認識流量範囲や信号出力単位に依存する。これに基づき最小流量パルス間隔より長期となる時間を設定するとよい。

例えば、流量計の最小流量が６４リットル毎時で１０リットル毎にパルス出力するような場合、最小流量は秒あたり０．０１８リットルとなり、１０リットルに達するには５６５秒掛かる計算となり、この場合、停止認識時間は６００秒などと設定すれば良い。

アナログ信号の場合は、前述した瞬時値レベルを監視しているため、１分乃至１０分程度を停止認識時間とするのが良いであろう。

稼働運転状態から稼働停止状態へと変遷したときに、前述の停止時間から、前述の停止認識時間を差し引く処理を行う。これにより、１回の稼働運転中の正確な稼働時間すなわち稼働単位時間が算出される。

ＲＴＣ時間が変更された事を考慮し、実際には、稼働運転中に計時した稼働時間から、停止認識時間を差し引いた値を稼働単位時間とする方が望ましい。

稼働単位時間とは、前述の１回の運転にて得られた稼働時間のことをいう。この稼働単位時間を総稼働時間や月間稼働時間、日間稼働時間、週間稼働時間、日間稼働時間、１時間稼働時間、前述のパラメータ設定にて設定された任意の指定時間の稼働時間へ加算させていく。

接続される設備にもよるが、一定期間の計測データを同一期間の稼働時間で除算することにより、一定期間での稼働効率を算出する事が可能となる。

特に前述の排水流量と電動ポンプの環境では、ビルピットに溜まった水量は一定となり、ポンプ効率が悪くなると稼働時間が延長するといった現象となるため、稼働率として表される。

例えば図３で表される、物理量の年間量と年間あたり稼働時間を除算すれば、当該年間の稼働効率を算出できる。この年間の稼働効率を複数年で比較すれば、稼働効率の推移がわかる。

この稼働効率算出により、当該動力の劣化具合が判断可能となり、電動ポンプ等の交換時期の目安となる。

稼働時間記録手段には、前述の稼働時間データが記憶格納される。この記憶されたデータは、実績データとして後に記憶媒体への保存データや、通信での送信データとして使用される。

更に稼働時間記録手段に、前述の稼働開始時間と稼働終了時間を時系列で記憶しておく。記憶されたデータをグラフ等で表せば、稼働状況や稼働パターンの把握に有用なデータとなる。

本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。
図１は、本発明の物理量センサーで稼働時間を計測する計測記録装置のシステム全体構成図の一例である。

設備２に設置されている物理量センサー２１は、動力装置２２により、物理量を変動させる。物理量センサー２１の電気信号は、計測記録装置１の計測手段１０によって計測される。

計測手段１０によって計測された物理量の計測データは、記録手段１１に記憶格納される。記録手段１１には、計測データの総合計量、年間量、月間量、週間量、日間量、１時間量、指定時間量も併せて記憶される。

稼働時間計測手段１２は、計測手段に入力された物理量センサー２１の電気信号に基づいて、パラメータ設定手段１３の物理量のゼロ状態を上回っている時点を稼働運転状態とし、動力装置２２の稼働時間として計時を開始する。

物理量センサー２１の電気信号がゼロ状態以下となってから、パラメータ設定１３の判定時間を継続してゼロ状態が維持された場合、稼働停止状態へと変遷させ、計時された稼働時間から判定時間を差し引いた時間を稼働単位時間として、稼働時間の合計時間、年間あたり時間、月間あたり時間、週間あたり時間、日間あたり時間、１時間あたり時間、指定時間間隔あたり時間にそれぞれ加算される。加算後、稼働単位時間はリセットされる。

電気信号が、判定時間継続してゼロ状態とならなかった場合は、停止判定用のタイマーはリセットされる。

稼働時間計測手段１２によって計測された稼働時間は、稼働時間記録手段１４に記憶格納される。稼働時間記憶手段１４には、稼働時間の合計時間、年間あたり時間、月間あたり時間、週間あたり時間、日間あたり時間、１時間あたり時間、指定時間間隔あたり時間も併せて記憶される。

更に、稼働時間記録手段１４には、稼働開始時間、稼働終了時間が時系列に連続して記憶されていく。これら稼働状況データにより、稼働時間のデマンドグラフとして表す事が可能となる。

図２は本発明に係る稼働時間計測手段１２による、設備２にて動力が稼働した場合の物理量信号による稼働時間計測の概要図である。ｔ１からｔ２は継続して停止判定とならなかった場合を表す。ｔ３からｔ４は電気信号が継続してゼロ状態と判定された場合を表す。

図３は本発明に係る計測データと稼働時間データから稼働効率を算出した場合の年間推移グラフの一例である。計測手段１０で計測された年間量を稼働時間計測手段１２で計測された年間稼働時間で割った値を稼働効率として、４年間の推移で表したものである。

稼働効率の推移は、設備によって異なる。例えば液体量と電動ポンプとすると、ポンプの効率が悪くなるにつれ、一定時間に流れる流量は減少するため、稼働効率は低下傾向となる。逆に、電力の場合は効率が悪くなると電力量が上昇するため、稼働効率は上昇傾向となる。

このように稼働効率の変動の解析により、動力機器などの交換時期の判断材料となり得る。

１ 物理量センサーで稼働時間を計測する計測記録装置
２ 設備
１０ 計測手段
１１ 記録手段
１２ 稼働時間計測手段
１３ パラメータ設定手段
１４ 稼働時間記録手段
２１ 物理量センサー
２２ 動力装置

Claims (2)

1. 物理量の推移を計測するセンサーと、当該物理量の推移変動に係る動力装置があるとき、当該センサーからの電気信号に基づいて、当該物理量の計測データの総量、年間量、月間量、週間量、日間量、１時間量及び、指定された時間間隔での量を計測する計測手段を備え、前記計測データを記憶格納する記録手段を備えた計測記録装置に於いて、前記計測記録装置が、
   稼働停止状態から、前記センサーからの電気信号のゼロ状態を上回った時点を稼働開始時間として記録し、稼働運転状態とし、当該電気信号の物理量がゼロ状態へ推移されてから、停止判定時間を継続してゼロ状態となっている場合に、前記稼働停止状態とし、停止時間を記録し、前記停止時間から前記停止判定時間を差し引いた時間を稼働終了時間として記録し、前記稼働開始時間から前記稼働終了時間までの時間を稼働単位時間として記録し、当該稼働単位時間を総合計時間、年間あたり合計時間、月間あたり合計時間、週間あたり合計時間、日間あたり合計時間、１時間あたり合計時間及び、前記指定された時間間隔あたりの合計時間へそれぞれ加算する稼働時間計測手段と、
   前記稼働時間計測手段にて計測した合計時間を記憶格納する、稼働時間記録手段と、
   前記指定された時間間隔、前記ゼロ状態を設定できるパラメータ設定手段と、
   を備えたことを特徴とする、物理量センサー信号で稼働時間を計測する計測記録装置。
2. 更に、前記稼働時間記録手段が、前記稼働開始時間と前記稼働終了時間を、時系列に連続して記憶することを備える、
   請求項１記載の物理量センサー信号で稼働時間を計測する計測記録装置。

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